Роль источника ЭДС в электрической цепи

Электродвижущая сила (ЭДС) — сила, действующая на электрические заряды со стороны электрических полей неэлектрического происхождения, например, электрических полей, возникающих в результате электромагнитной индукции, при химических реакциях и т. д.

Чтобы подчеркнуть неэлектрическое происхождение ЭДС и их отличие от сил, действующих на заряды со стороны других электрических зарядов, ЭДС часто называют часто называют сторонними ЭДС.

ЭДС, действующая на каком-либо участке цепи, измеряется так же, как и разность потенциалов, той работой, которую совершает эта сила при перемещении электрического заряда, равного единице, по данному участку цепи. Единицей для измерения ЭДС служит вольт.

Существование ЭДС необходимо для поддержания электрических токов, и все так называемые «источники тока» являются, по существу, источниками ЭДС, т. е. устройствами, в которых тем или иным способом создается электрическое поле неэлектрического происхождения.

Роль ЭДС может быть выяснена на простейшем примере цепи, состоящей из гальванического элемента , включенного на проводник с некоторым сопротивлением. Внутри элемента в результате химических реакций действует ЭДС, которая заставляет положительные заряды двигаться на один полюс элемента, а отрицательные — на другой.

Когда электрическое поле зарядов уравновесит действующие в элементе поля неэлектрического происхождения, т. е. когда разность потенциалов (обусловленная зарядами на полюсах) станет равной ЭДС, действующей внутри элемента, дальнейшее движение зарядов прекратится. Значит между полюсами разомкнутого элемента существует разность потенциалов, равная ЭДС элемента.

Присоединим теперь к полюсам элемента проводник. Заряды, скопившиеся на полюсах элемента, создадут в этом проводнике электрическое поле и под действием этого поля в проводнике возникнет электрический ток.

Если бы в элементе не было ЭДС, то заряды, скопившиеся на полюсах, быстро стекли бы по проводнику, электрическое поле в проводнике исчезло бы и вместе с тем прекратился бы электрический ток в нем. Но при наличии ЭДС дело происходит иначе.

Вместо ушедших с полюсов во внешнюю цепь зарядов под действием ЭДС к ним подходят все новые и новые заряды, т. е. ЭДС поддерживает разность потенциалов на полюсах элемента и ток в цепи.

Если бы элемент не обладал внутренним сопротивлением, то все время ЭДС поддерживала бы на полюсах разность потенциалов, равную ЭДС. Но т. к. всякий гальванический элемент (и вообще всякий источник тока) обладает внутренним сопротивлением, то часть ЭДС идет на преодоление внутреннего сопротивления (на продвижение зарядов по проводнику, обладающему сопротивлением, электрические силы должны затрачивать работу).

Поэтому разность потенциалов на полюсах будет меньше ЭДС на величину, равную отнесенной к единице заряда работе затраченной на преодоление внутреннего сопротивления, т е. на величину внутреннего падения напряжения. Это падение напряжения будет тем больше, а значит, разность потенциалов на полюсах элемента тем меньше, чем больше внутрнутреннее сопротивление и чем больше сила тока.

Таким образом, роль ЭДС в электрической цепи сводится к тому, чтобы продвигать заряды внутри источника от отрицательного полюса к положительному, т е. навстречу тем силам электрического поля, которые создаются зарядами, накапливающимися на полюсах источника.

Т. к. электрическое поле зарядов есть поле потенциальное, то когда движущиеся в цепи заряды обходят всю замкнутую цепь, т. е. совершают замкнутый путь, работа сил этого поля должна быть равна нулю.

Электрическое же поле неэлектрического происхождения — это поле непотенциальное, и поэтому работа сил этого поля по замкнутому пути не равна нулю. Именно силы этого поля, т. е. ЭДС, и совершают всю работу, затрачиваемую на поддержание тока во всей цепи.

Смотрите также: Устройство и принцип работы электрического генератора